Selvsteriliserende polymer viser sig effektiv mod lægemiddelresistente patogener

Forskere fra North Carolina State University har fundet ud af, at en elastisk polymer besidder bredspektrede antimikrobielle egenskaber, tillader det at dræbe en række vira og lægemiddelresistente bakterier på få minutter-herunder methicillinresistent Staphylococcus aureus (MRSA).

"Vi undersøgte en anden tilgang til at skabe antimikrobielle materialer, da vi observerede en interessant adfærd fra denne polymer og besluttede at undersøge dens potentiale i større dybde, "siger Rich Spontak, co-tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet og fremtrædende professor i kemisk og biomolekylær teknik ved NC State. "Og det, vi fandt, er ekstremt lovende som et alternativt våben til eksisterende materialerelaterede fremgangsmåder i kampen mod lægemiddelresistente patogener. Dette kan være særligt nyttigt i kliniske miljøer-f.eks. På hospitaler eller lægekontorer-såvel som seniorboende faciliteter , hvor patogenoverførsel kan have alvorlige konsekvenser. "

Polymerens antimikrobielle egenskaber stammer fra dens unikke molekylære arkitektur, som tiltrækker vand til en sekvens af gentagelsesenheder, der er kemisk modificerede (eller funktionaliserede) med sulfonsyregrupper.

"Når mikrober kommer i kontakt med polymeren, vand på overfladen af ​​mikroberne interagerer med sulfonsyrefunktionelle grupper i polymeren - skaber en sur opløsning, der hurtigt dræber bakterierne, "siger Reza Ghiladi, en lektor i kemi ved NC State og medkorresponderende forfatter af papiret. "Disse sure opløsninger kan gøres mere eller mindre kraftfulde ved at kontrollere antallet af sulfonsyrefunktionelle grupper i polymeren."

Forskerne testede polymeren mod seks typer bakterier, herunder tre antibiotikaresistente stammer:MRSA, vancomycinresistent Enterococcus faecium, og carbapenemresistent Acinetobacter baumannii. Når 40% eller mere af de relevante polymerenheder indeholder sulfonsyregrupper, polymeren dræbte 99,9999% af hver bakteriestamme inden for fem minutter.

Forskerne testede også polymeren mod tre vira:en analog virus mod rabies, en influenzastamme og en stamme af humant adenovirus.

"Polymeren var i stand til fuldstændigt at ødelægge influenza og rabiesanalogen inden for fem minutter, "siger Frank Scholle, en lektor i biologiske videnskaber ved NC State og medforfatter af papiret. "Selvom polymeren med lavere koncentrationer af sulfonsyregrupperne ikke havde nogen praktisk effekt mod humant adenovirus, det kan ødelægge 99,997% af den virus ved højere sulfonsyreniveauer. "

En bekymring for forskerne var, at polymerens antimikrobielle virkning gradvist kunne forværres over tid, som sulfonsyregrupper blev neutraliseret, når de interagerede med positivt ladede ioner (kationer) i vand. Imidlertid, de fandt ud af, at polymeren kunne "genoplades" fuldstændigt ved at udsætte den for en sur opløsning.

"I laboratorieindstillinger, du kunne gøre dette ved at dyppe polymeren i en stærk syre, "Ghiladi siger." Men i andre omgivelser - f.eks. På et hospitalsrum - kan du simpelthen sprøjte polymeroverfladen med eddike. "

Denne "genopladning" -proces virker, for hver gang en af ​​de negativt ladede sulfonsyregrupper kombineres med en kation i vand - hvilket kan ske, når polymeren kommer i kontakt med mikrober - bliver sulfonsyregruppen elektrisk neutral. Det gør syregruppen ineffektiv mod mikrober. Men når den neutraliserede polymer udsættes for syre, disse funktionelle grupper kan udveksle bundne kationer med protoner fra syren, gør sulfonsyregrupperne aktive igen - og klar til at dræbe mikrobielle patogener.

"Det arbejde, vi har udført her, fremhæver en lovende ny tilgang til at skabe antimikrobielle overflader til brug i kampen mod lægemiddelresistente patogener-og især hospitalerhvervede infektioner, "Siger Ghiladi.

"Funktionelle blokpolymerer som denne er meget alsidige-kan bruges som vandbehandlingsmedier, bløde aktuatorer, solceller og gasseparationsmembraner-og miljømæssigt godartede, da de let kan genbruges og genbruges, "Tilføjer Spontak." Disse funktioner gør dem særligt attraktive til udbredt brug.

"Og dette arbejde fokuserede kun på en polymerserie fremstillet af Kraton Polymers, "Spontak siger." Vi er meget ivrige efter at se, hvordan vi yderligere kan ændre denne og andre polymerer for at bevare sådanne effektive og hurtigtvirkende antimikrobielle egenskaber, samtidig med at vi forbedrer andre attributter, der ville være attraktive for andre applikationer. "

Papiret, "Iboende selvsteriliserende ladede multiblock-polymerer, der dræber lægemiddelresistente mikrober på få minutter, "fremgår af journalen Materialer Horisonter .